木质素处理工业含铁废水的试验研究

张玉希 范铭钰 王代芝

湖北师范大学城市与环境学院 （湖北黄石 435002）

水中重金属铁的污染主要来自冶炼、工业电镀和选矿等。水中Fe3+质量浓度过高容易引起水质变黄，严重时（Fe3+质量浓度超过1.0 mg/L）导致水发红、发黑，散发出铁腥味。因此，有必要对水中过量的Fe3+进行治理，以减轻或消除Fe3+造成的污染[1-2]。目前, 酸性含Fe3+废水的处理方法主要有膜分离电解氧化法、电渗析法、氧化涡流法、曝气絮凝法、中和曝气后污泥循环接触除铁法等。

1 木质素的综合利用

木质素是由苯基丙烷构成的芳香族高分子化合物，其储存量在自然界中仅次于纤维素。在造纸行业的生产过程中，产生大量的纤维素以及木质素类副产物，其中纤维素能得到广泛的回收利用，但木质素仍然以废液的形式被排出。

近几年木质素开始得到重视及利用，被作为添加剂与聚合物、树脂材料、碳纤维、活性炭等共混。活性炭作为一种优良的吸附材料，可用于吸附气相或水相中的气体、有机物和离子等，也可作为催化剂的载体使用。目前，活性炭在化学工程与环境等方面的应用越来越广泛，消耗量约为110万t/a。煤是制备活性炭的主要原料，而以木质素为原料制备活性炭是近年来发展起来的新型应用领域。由木质素制备活性炭，首先将木质素在600～850℃高温下热解碳化制备焦油，然后将焦油活化以形成多微孔结构。近年来，在较低的温度下采用 ZnCl2，H3PO4，KOH，NaOH，Na2CO3和K2CO3等对木质素进行化学碳化是极其有效的方式，所得活性炭的产率较高，对金属离子和水中有机物具有良好的吸附性能[3]。本研究尝试用木质素处理模拟工业废水。

2 试验过程

试验以处理废水为模拟工业废水，其pH为3，Fe3+的质量浓度为5 mg/L。用木质素对废水进行相应处理后取上清液，用邻菲啰啉分光光度法测定废水中的Fe3+。

2.1 试剂

盐酸，无锡市亚盛化工有限公司；醋酸钠、邻菲啰啉、氢氧化钠，西陇科学股份有限公司；硫酸铁铵，福晨（天津）化学试剂有限公司；盐酸羟胺，国药集团化学试剂有限公司。以上试剂均为分析纯。

2.2 Fe3+标准曲线的绘制

分别吸取 0，2，4，6，8 和 10 mL10 μg/mL 的铁标准溶液，各加1 mL盐酸羟胺溶液，摇匀，再加2 mL邻菲啰啉溶液、5 mL醋酸钠溶液，用水稀释至刻度，摇匀。放置10 min后，在波长510 nm处，用光程20 mm的比色皿，以蒸馏水为参比测定吸光度。以吸光度为纵坐标，Fe3+质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。试验结果如图1所示。

图1 铁离子标准曲线

3 结果与讨论

3.1 反应时间对废水处理效果的影响

向6个250 mL烧杯中各加入100 mL废水以及0.5 g 木质素，分别处理 10，20，30，40，50 和 60 min，然后分别取上清液进行测定，结果如图2所示。

图2 反应时间对废水处理效果的影响

由图2可以看出，处理时间在10～50 min之间时，Fe3+去除率逐步上升，在60 min时Fe3+去除率有所下降。由此可见，当处理时间为50 min时处理效果较好，Fe3+去除率达到峰值，处理时间增加，效果反而下降。因此后续以处理时间为50 min进行试验。

3.2 木质素的用量对废水处理效果的影响

称 取 0.025，0.050，0.075，0.100，0.125，0.150 g木质素置于6个250 mL的烧杯中，各加入100 mL废水，搅拌50 min后，取上清液进行测定，结果如图3所示。

由图3可以看出，木质素用量在0.025～0.100 g内Fe3+的去除率逐步上升，当木质素用量多于0.100 g后Fe3+的去除率趋于平缓。由此可见，当木质素用量为0.001 g/mL时Fe3+处理效果较好，但此时木质素的投加量达到饱和，继续增加用量处理效果也不再改变。后续试验木质素的用量均为0.001 g/mL。

3.3 废水pH对废水处理效果的影响

图3 木质素的用量对废水处理效果的影响

向6个250 mL的烧杯中各加入100 mL废水，然后调节其 pH 分别为 2.0，3.0，4.0，5.0，6.5，7.0，8.0，各加入0.1 g木质素，搅拌50 min后，取上清液进行测定，结果如图4所示。

图4 废水pH对Fe3+处理效果的影响

由图4可以看出，在一定pH范围内，木质素对Fe3+的去除率随着pH的升高而上升，在pH为6.5左右时Fe3+去除率达到峰值，故处理含Fe3+废水的适宜pH范围为6～7。在pH较大时，溶液中虽然产生了Fe（OH）3沉淀，但其在一定pH范围内保持水解平衡，所以Fe3+去除率随pH的升高几乎保持不变。因此，废水处理的最佳pH为6～7，后续试验废水pH均调节在6～7之间。

3.4 废水中Fe3+质量浓度对处理效果的影响

配制 Fe3+的质量浓度分别为 3，5，7，10，12 和 14 mg/L的废水，并分别量取100 mL置于6个250 mL的烧杯中，调节pH后各加入0.1 g木质素，搅拌50 min，取上清液进行测定，结果如图5所示。

图5 废水中Fe3+的质量浓度对处理效果的影响

由图5可以看出：在3～5 mg/L内，木质素对Fe3+的去除率随着Fe3+质量浓度的增加而上升；当废水中ρ（Fe3+）=5 mg/L时去除率有明显峰值，随后又逐渐下降；在10～14 mg/L之间，由于Fe3+质量浓度过高，逐渐产生沉淀，所以去除率有上升趋势。因此，在工业处理含Fe3+废水时，建议先进行化学沉淀处理，后用木质素进行吸附处理。

4 结论

（1）废水中Fe3+的质量浓度对木质素的吸附效果有明显影响，ρ（Fe3+）≈5 mg/L时处理效果较好。因此，在工业处理含Fe3+废水工艺中，建议先进化学沉淀处理，然后用木质素进行吸附处理。

（2）溶液pH对Fe3+去除率的影响不是很大，当pH=6～7时，Fe3+去除率保持在一个较佳的水平，此后pH增大，溶液中虽形成Fe(OH)3沉淀但处于水解平衡状态，因此Fe3+去除率保持平衡。

木质素在处理含铁废水的试验中表现出了良好的吸附效果，能除去废水中大量的Fe3+。通过查阅相关资料知道，相对于常见的活性炭、沸石等吸附剂，吸附含铁废水中的Fe3+时木质素的使用量更少，吸附效率也更高，如果对木质素进行改性处理或将其作为载体使其方便过滤，其将在废水处理工作中表现出更好的效果。